Was ist Rapid Prototyping? Definition,Verfahren und Anwendung.

Einführung

Mit dem Aufkommen neuer Technologien wie dem 3D-Druck wurde der Prototyping- und Entwicklungsprozess in allen Unternehmen revolutioniert: Das sogenannte Rapid Prototyping ist geboren.

Die Notwendigkeit, die Entwicklungsphase eines Produkts zu verkürzen, um die Markteinführung der Produktion zu antizipieren, hat die Unternehmen zur additiven Herstellung veranlasst.  Diese ermöglichten früher die Herstellung funktioneller Prototypen in sehr kurzer Zeit: heute, mit den aktuellen Technologien, sind es im Schnitt 3-7 Tage.

Dieser Leitfaden enthält alles, was Sie über Rapid Prototyping wissen müssen: verwendete Technologien, Vor- und Nachteile, Produktionszeiten und Kosten.

Was bedeutet Prototyping?

Das Prototyping ist eine Phase im Designprozess, in der ein Modell angefertigt wird, das es dem Designer ermöglicht, seine Idee unter konzeptionellen, aber auch funktionellen und technischen Gesichtspunkten zu testen.

Der Prototyp ist das erste Exemplar eines Objekts, das vor der Serienproduktion getestet und verändert wird.

Was ist das Rapid Prototyping?

Rapid Prototyping meint eine Reihe von industriellen Technologien. Diese Technologien haben zum Ziel, aus einem digitalen dreidimensionalen Modell (CAD-Datei) einen Prototyp herzustellen.

Es ersetzt die handwerkliche Herstellung des Prototyps, die früher den Modellbauern mit traditionellen Techniken überlassen wurde.

Dabei handelt es sich in der Regel um additive Technologien: Man geht vom Material in einer Grundform aus (Pulver, Filament oder Harz), um komplexe Teile zu erhalten, die mit traditionellen Techniken der Abtragung aus einem einzigen Materialblock unmöglich wären.

Der Hauptvorteil, durch den sich das Rapid Prototyping zum Marktstandard entwickelt hat, ist die Verkürzung der Zeit, die für die Herstellung eines Prototyps benötigt wird: Im Durchschnitt verkürzt sich die Zeit für die Herstellung und Lieferung eines Prototyps von 60-75 Tagen auf 3-7 Tage. Die Zeitersparnis führt zu deutlich kürzeren go to market Zeiten und damit zu einer drastischen Reduzierung der Gewinne.

Wozu dient das Rapid Prototyping?

Rapid Prototyping wird verwendet, um die Kosten und den Zeitaufwand für die Entwicklung eines neuen Produkts zu reduzieren und das Endergebnis zu testen, so dass der Designer schnell Korrekturen oder Änderungen vornehmen kann, die das Endprodukt verbessern. Auf diese Weise kann ein neues Modell schneller und effizienter auf den Markt gebracht werden..

Wie wird das Rapid Prototyping verwendet?

Rapid Prototyping wird in allen wichtigen Branchen verwendet, vom Maschinenbau bis zur Automobilindustrie, von Brillen bis zur Medizintechnik.

Dieses Prozess kann in verschiedene Phasen des Produktionszyklus integriert werden: Es kann in der ersten Designphase, bei Benutzertests, bei Präsentationen und Messeveranstaltungen sowie bei Produktionstests verwendet werden.

Welche Phasen umfasst der Zyklus des Rapid Prototyping?

• Vorbereitung der 3D-Datei, in der Regel im STL-Format auf der Grundlage eines vom Konstrukteur erstellten CAD-Modells oder durch Reverse Engineering, d.h. die Erstellung eines Modells aus einem bereits gefertigten Teil, eventuell mit Hilfe von 3D-Scannern;
• Verwaltung des 3D-Modells, mit Netzreparatur, Teileausrichtung, Vorbereitung der Druckplatte (nesting) und Druckschichten (slicing);
• Druck des Prototyps Schicht für Schicht in Abhängigkeit von der verwendeten Technologie;
• Post Processing Phase, d.h. die Fertigstellung des Teils durch das Entfernen von Halterungen oder überschüssigem Material und die Verbesserung der Oberflächen durch Sandstrahlen oder Färben, um das Endprodukt so nah wie möglich an das gewünschte Produkt herzustellen.

Welche Vorteile bietet die additive Herstellung wie der FDM-Druck und der SLA-Druck?

Der Hauptvorteil der FDM-Technologien ist die große Auswahl an Materialien mit exzellenten mechanischen Eigenschaften, wie z. B. PEEK oder mit Kohlenstoff verstärkte Materialien, die ähnliche Produktionsmaterialien replizieren können. Die wichtigsten Nachteile sind die gut sichtbaren Layer und die Durchlässigkeit der Teile.

Der SLA-Druck bietet sehr definierte Teile mit einer sehr hohen ästhetischen Ausbeute und einer glatten, wasserfesten Oberfläche. Andererseits sind die Harze nicht resistent gegen mechanische Belastungen. Um die Teile mit der SLA-Technologie herzustellen, müssen die Konstruktionsstützen entfernt werden.

Welche Vorteile bietet die additive Herstellung mit MJF Printing?

Mit der Multi Jet Fusion (MJF)-Technologie hergestellte Teile weisen exzellente ästhetische und funktionelle Eigenschaften auf. Sie garantieren mechanische Eigenschaften, die denen von Spritzgussteilen sehr nahe kommen, sowie eine homogene und attraktive Oberfläche. Sie benötigen keine Halterungen und sind isotrop.

Die MJF-Technologie repliziert zahlreiche Spritzgussmaterialien wie PA12, PA11, PP oder glasgefülltes PA12.

Was sind die Grenzen des Rapid Prototyping?

Die wichtigsten Grenzen des Rapid Prototyping sind die Kosten für Produktionen von mehr als 1000 Teilen, für die traditionelle Techniken geeignet sind, und die noch nicht sehr große Auswahl an Oberflächen und Materialien.

Welche Regeln gibt es für die Herstellung eines guten Prototyps?

• Überprüfung der 3D-Datei: Überprüfung, ob das Modellnetz geschlossen und korrekt erstellt ist;
• Überprüfung der Dicken: Überprüfung, ob die Dicken an der breitesten Stelle mehr als 1 mm betragen;
• Überprüfung der Toleranzen: Überprüfung, ob die Toleranzen des für die Produktion gewählten Materials und der Technologie mit den Bedürfnissen des Projekts vereinbar sind;
• Warpage: Man sollte vorsichtig sein, wenn man flache Teile ohne Verstärkungen konstruiert, da sie sich verformen können.
  
  

Wie lassen sich die Kosten für Rapid Prototyping senken?

Die Faktoren, die zum Preis des Rapid Prototyping beitragen, sind das Materialvolumen, die Maschinenzeit und der benötigte Platz auf der Druckplatte.

Um diese Werte zu reduzieren, können Sie die Dicke um einige mm verringern, feste Oberflächen entleeren und dabei darauf achten, dass Löcher für den Austritt des Trägermaterials frei bleiben, und die Größe des Objekts so weit wie möglich reduzieren.

Schlussfolgerung

Wir haben gesehen, wie das Rapid Prototyping in den letzten Jahren die größte Innovation in den F&E-Abteilungen war: Es ermöglicht Design, Tests, Analysen und Optimierung in einem schnellen, fortlaufenden Zyklus, was die go to market Zeiten verkürzt und zu mehr getesteten und optimierten Produkten führt.

Die Technologien, aus denen das Konzept des Rapid Prototyping geboren wurde, werden Jahr für Jahr verbessert und entwickelt: Nur 2015 gab es den revolutionären MJF-Druck noch nicht. Aus diesem Grund ziehen es große Unternehmen, die sich Drucker wie den HP MJF 5200 leisten können, vor, externe Dienstleistungen in Anspruch zu nehmen: Auf diese Weise haben sie immer Zugang zu den neuen Technologien oder Materialien, die der Markt zu bieten hat.

Wenn Sie sich für Rapid Prototyping interessieren oder noch Fragen haben, setzen Sie sich bitte mit uns in Verbindung. Wenn Sie kostenlos und ohne Registrierung ein sofortiges Angebot für den Druck erhalten möchten, können Sie Ihre Datei hier hochladen.